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                                        保護用電流互感器

                                        2018-04-14

                                        保護用電流互感器(TA)主要與繼電保護裝置配合,在線路發生短路過載等故障時,向繼電裝置提供信號切斷故障電路,保護電力系統的安全。它的工作條件與測量用互感器完全不同,后者正常一次電流工作范圍有合適的準確度即可,當通過故障短路電流時,希望互感器盡早飽和,以保護測量儀表不受短路電流損害。而前者在比正常電流大幾倍或幾十倍電流時才開始工作,其誤差(電流和相位誤差)要求在誤差曲線范圍內,而同時考核電流誤差和相位差時用復合誤差。
                                             保護用TA一次電流i1較小時,二次電流i2線性變化;當i1增大到一定時,互感器鐵心中的磁密很高。由于鐵磁材料的非線性,勵磁電流i0中高次諧波含量很大,波形呈尖頂形,與正弦波相去甚遠,即使il是理想的正弦波,i2也不是正弦的。 
                                             非正弦小波不能用相量圖分析,需采用復合誤差的(概念分析),這使i0迅速增大,相當于部分i1未能轉換成i2,i2與i1不再成正比變化,從而增加TA誤差。
                                             當電力系統發生短路故障而引起繼電保護動作時,短路電流i很大,一般為額定電流的10幾倍,使誤差增大,危及保護裝置的靈敏性和選擇性。
                                               另外,從原理上講,TA本身是個特殊的變壓器,變壓器都有在額定負荷下運行的要求。因此,如TA二次側負荷超過其額定二次負荷值,同樣會增加其誤差。 
                                             如上所述,TA誤差不可避免,其大小與TA鐵心勵磁特性及二次側負荷有關。
                                             要控制好這個誤差,須處理TA所在位置最大故障i、該電流與額定i1的比值、額定電流比及額定二次負荷的關系。因此需準確了解準確級及與其相關的準確級限值、額定電流比和額定負荷的概念。要解決此問題,就要根據變電站的實際情況選擇合適的準確級。    
                                            對保護用TA,準確級以該級在額定準確限值i1下的最大允許復合誤差的百分數標稱,其后標以字母"P"表示保護,它實際上是人為規定的TA制造的誤差等級要求。準確限值系數指能滿足復合誤差要求的i1max與額定i1的比值。額定電流比則指額定i1與i2的比值。額定負荷是確定互感器準確級所依據的二次負荷值。
                                            在早期國家標準《電流互感器》(GBl208-75)中規定,TA保護準確級為B和D級。在選擇保護用TA準確級時,應校驗10%誤差曲線,以保證在短路時電流誤差不超過規定值。目前新版中規定準確級為5P和10P,分別表示在額定準確限值i1時的復合誤差限值為5%、10%;其準確限值系數標準值系列為5、10、15、20、30等,表示在短路故障下,若短路電流i與額定i1,相比的倍數小于該值,則誤差控制在準確級范圍內。
                                            因此,得到2個結論:1)選擇保護用TA的準確級須同時選擇準確限值系數,如5P20及1 200/5A,表示i≯20倍額定i1,即≯20×1 200=24 kA范圍之內時,復合誤差≯5%;2)選擇雙方向,即可根據已給定的ilmax、二次負荷值和10%誤差曲線,準確限值系數,選擇額定電流比;也可根據給定的i1max、額定電流比和10%誤差曲線選擇準確限值系數,根據10%誤差曲線選擇額定二次負荷和二次電纜截面。
                                            在穩態運行時,TA二次負荷應滿足10%誤差曲線的要求,只要TA二次實際負荷<10%誤差曲線允許的負荷,其測量誤差在10%以內。二次負荷越大,鐵心越容易飽和。
                                            某110kV變電站110kV母線i1max25 kA,TA二次側負荷40 VA。
                                            首先根據繼電保護裝置的要求,保護用TA的穩態誤差≯10%[3],根據工程建設控制設備造價選擇準確級為10P。根據實例查圖2曲線,得到準確限值系數為24。根據ilmax。為25kA除以準確限值系數得到1042A??紤]到準確限值系數應盡量l為1250A。
                                        關于電流互感器額定一次電流的選擇,對于計量、測量和保護,應該選取不同的額定電流。
                                            計量和測量用的主要精度有:0.2,0.5,0.2S,0.5S
                                            對于前兩者,精度要求是分別在額定電流的5%,20%,100%,120%下的,其它點的要求應該在這幾個點的連線以下。
                                            對于后兩個,精度要求是分別在額定電流的1%,5%,20%,100%,120%下的,其它點的要求應該在這幾個點的連線以下。
                                            因此,選取原則應該是:在一段時期內,需要關注的電流最小,最大值的范圍,然后選取合適的一次電流,同時根據其它要求選取精度、負荷等參數。對于長期后的擴容,通過理論預測及計算后類似解決,就可以得到另外一個一次電流。
                                        對于保護線圈:
                                            普通保護線圈,額定電流可以選取的大一些,畢竟,保護線圈在額定電流下的輸出,是不怎么關注的。關鍵是看其在要求的保護電流下的反映。這樣操作時,保護線圈也比較好作一些,成本也會下降一些。比如,你要作100/5,5P30,30VA,內徑300mm的二次保護線圈,可能是很難作到的,即使做到,其尺寸重量可能也太難以令人接受。同樣,如果作300/5,5P10,30VA,內徑300mm,其難度就會降低很多,實現起來也會容易很多。
                                            對于,用作差動保護的線圈,其相關參數最好和另一側的一致。同時,如果是兩側都是新建,最好用一個廠家的,否則,應該提供另一側差動保護線圈的伏安特性,本側線圈的伏安特性應該要求與另側基本吻合。
                                        1、實際上,現在的微機保護裝置的功耗應該是非常小的,對于電流互感器而言,主要的負載應該是信號電纜的電阻值和接觸電阻等。比如:二次5A的CT,如果距離控制室100m,采用4平方的線(每千米約4.5歐),則,線路上電阻就為:2×0.1×4.5=0.9歐,線路的損耗就達到了:22.5VA,很厲害的。
                                            2、準確限值系數主要是看過電流的能力,即,在多少倍的額定一次電流下,要求其復合誤差不得大于10%(10P),或5%(5P)。選擇容量時,對其不需要過多的關注!
                                            3、兩個CT串聯使用的情況也有,但是還是應該謹慎使用,畢竟串聯后合成的性能也需要實際的校核。不過,對于容量不足時,有個非常簡單的辦法:一般信號電纜都是多芯4平方的線,并且應該會有一些空置備用的,用兩根4平方的線并聯起來作為回路信號線,其截面增大1倍,回路電阻減小1倍,實際負載會下降將近一半,效果非常明顯的。
                                        容量肯定是按照額定電流算了,設計時,極限過流也不會讓其超過準確限值系數(ALF),這時其輸出按理論上說,應該是額定二次電流的ALF倍,實際輸出是在10%(10P)或5%(5P)的范圍之內的。例如:300/5,5P30,30VA,其額定二次阻抗為:30/(5*5)=1.2,一般功率因素都取的是0.8,同時,實際負載最好不要超過額定值,否則性能可能會受到影響(測量也一樣)。在一次300A時,輸出5A(誤差:比差1%,角差60‘),當極限狀態時,即:300×30=9kA時,其二次輸出為150A(誤差范圍5%)。應該正常輸出。
                                            在這里需要特別注意的是:此時,二次輸出一般情況下已經不是純正弦了,所以這里說的是復合誤差。實際上,在過電流很大的情況下,雖然互感器鐵心還沒有進入定義中的飽和區域,但是也已經遠離線性段了,也就是說,已經有波形畸變發生了,但是這在實際應用中是可以接受的。要是把其都控制在線性段,那成本、尺寸、重量等都很難控制了。
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